周边大地构造环境分析

如题所述

板块构造学说将地球岩石圈划分为不同的块体,称之为岩石圈板块,各板块之间以聚敛、分离、走滑等方式发生相互之间的水平运动。对于大陆构造地质来说,一般将板块之间的边界称为板缘,或造山带;板块自身内部称为板内,板内相对活动性较强的区域称板内造山带。总起来看,板块边缘活动带是地壳运动活动性强烈区域,容易发生剧烈的构造变形变位,甚至发生变质作用;板块内部一般比较稳定,具有刚性特征,较板块边缘活动带的构造变形要弱得多。但是河北省位于华北板块内部,中生代以来由于特殊的深部构造背景,主要受到华北地幔亚热柱的强烈影响,具有板内造山带性质,是一个特殊的构造地体。大地构造环境分析的目的是根据周边的大地构造环境和运移状态对自身板块的运动作用开展研究。应当指出,这里大地构造位置与构造环境是指地质历史时期各板块之间的相对位置及其相互之间的运动关系。

尽管世界各大陆主体大于70%以上的组分为太古宙岩区或被改造过的太古宙地块,并普遍克拉通化,且明显具有刚性特征,块体规模已极其巨大,已具备板块构造运动的基本模式(钱祥麟,1985),但就现有资料和目前板块构造学的研究程度来看,根据构造筛分的观点(李四光,1962),对太古宙、元古宙板块划分应该慎重。因此,根据现有资料我们认为河北省板块构造的模式和构造环境分析,事实上是从古生代以来开始的,更早时期板块构造确切证据尚不具备。本课题对太古宇、元古宇的大地构造环境,仅从现有资料对其地壳演化探讨构造地质演化序列。

2.1.1 古陆核的形成及华北板块雏形

古—中太古代迁西一带最早出现海底火山喷发,构成古火山岛链。迁西群形成于3500 Ma,其原岩成分为基性(部分超基性)火山岩及其碎屑岩、凝灰质半粘土岩、火山-沉积岩、含硅质建造的表壳岩组合,GGT岩系占有重要地位,基性岩墙群广泛发育,是华北地区最古老的初始古陆核。此后便出现了陆壳和洋壳的分异。3000Ma前发生的迁西运动使迁西群发生强烈变质和混合岩化作用。中太古代阜平期为华北地区初始古陆核的横向扩大阶段。由于当时地壳尚处于热状态,塑性变形占有重要地位。以早期形成的初始古陆核为剥蚀区,沉积作用越发重要,物质建造中,陆源碎屑岩已占有重要地位,形成由基性火山岩、泥质砂岩、碳酸盐岩夹层的火山-沉积巨旋回。发生于2800 Ma前后的阜平运动,使阜平群及其相当层位发生强烈的变形、变质作用,伴随大量深成侵入岩广泛发育和混合岩化作用发生。

新太古代五台期,孔兹岩系的出现说明当时已存在稳定的陆源区,原岩建造为中基性火山岩-中酸性火山碎屑岩-陆源碎屑岩-碳酸盐岩-含铁硅质岩系列。五台期的沉积环境为阜平群古陆核边缘的坳陷带。此时地壳基本固结,并已具有一定刚性,断裂作用成为重要构造类型,从建造的带状下陷分布来看,推测当时具有活动性较大的古裂谷性质。发生于2500 Ma的五台运动使裂谷封闭,岩层发生低角闪岩相—绿片岩相的变质作用和混合岩化作用。

古元古代的吕梁期原岩建造为砾岩、砂岩、粘土岩、镁质碳酸盐岩和中基性火山岩系列,此时裂谷式的陆源碎屑岩堆积占主导地位。发生于2000 Ma前后的吕梁运动结束了华北地区古陆生长的基底形成阶段,基底普遍硬化固结,华北大陆克拉通化基本完成。

中—新元古代,近万米的似盖层沉积建造不整合于基底变质岩系之上,裂陷作用明显,沉积盆地为具有大陆裂谷或狭长拗拉槽的性质。华北古陆基本形成了典型的结晶基底+(似)盖层的二元结构,此后,本区地壳演化进入稳定状态,并由此奠定了华北大陆板块构造的基础,华北板块的雏形已经基本形成。

2.1.2 西伯利亚板块与古亚洲构造域

西伯利亚板块位于华北板块北部(图2-1),在中、新元古代期间二者之间以宽广的中亚—蒙古古大洋相隔,此时地壳的活动区已由华北板块转向北缘和北侧的大陆边缘活动带。这一活动区是古亚洲构造域的一部分,对华北板块中、新元古代至古生代构造演化具有极为重要的影响。在华北板块北缘自南而北依次发育了4条近东西向弧形展布的褶皱带,它们是:狼山—白云鄂博—化德拉张型过渡壳中、新元古代褶皱带、A都尔庙小洋盆关闭的加里东褶皱带、索伦山—西拉木伦河北小洋盆封闭的早华力西褶皱带和二连浩特—贺根山晚期华力西褶皱带。在古亚洲构造域不断开合聚敛裂解闭合的运动过程中,于晚古生代末,中亚—蒙古古大洋关闭,华北古板块与西伯利亚古板块最终碰撞对接,两大板块连为一体,结束了其强烈活动历史,构成了规模宏大的欧亚板块。河北省燕山地区大量的东西向构造线和冀北北部巨大的华力西期中酸性岩浆岩的带状展布均为这一时期两大板块南北向增生聚合的结果。两大板块碰撞后,持续的南北向推挤作用实际上一直延续到中生代早期,本区印支运动即为这一区域构造背景下的产物,但是,构造应力强度较之此前的华力西期相比已经明显减弱。

2.1.3 太平洋板块与滨太平洋构造域

中、新生代以来,控制华北板块构造活动的大地构造环境已经转移,太平洋板块与欧亚板块之间的相向运动占主导地位,滨太平洋构造域即指欧亚板块与太平洋板块之间广阔的大陆边缘活动带及其影响地区(图2-1)。侏罗纪以来,太平洋板块中的伊佐奈木(Izanagi)板块以北北西向的挤压应力持续向欧亚板块俯冲,中国东部遂成为边缘活动带。实际上,滨太平洋构造域中板块构造活动最活跃的地方就是板块俯冲带,由于强烈的板块俯冲消减,在亚洲大陆东部,自西向东反映了大陆边缘—弧后盆地—岛弧—海沟等一系列活动构造单元,属典型的B型俯冲模式。此时,由于受到上述构造环境的影响,华北板块内大量的北北东向构造线和规模宏大的北北东向燕山期花岗质岩浆岩带的广泛发育均为这一构造背景下的产物。

图2-1 华北板块构造环境示意图

2.1.4 印度板块与特提斯构造域

特提斯构造域是指中、新生代以来,特别是新生代以来印度板块与欧亚板块之间相互运动和碰撞的广大区域。印度板块与欧亚板块的碰撞代表了冈瓦纳大陆与欧亚大陆的碰撞,形成了宽阔的青藏高原复杂构造带。印度板块向北推挤,自中生代晚期以来一直时强时弱持续至今。万天丰教授(1994)从构造应力场出发,认为发生于第四纪的喜马拉雅构造事件(0.7Ma)即由于印度板块快速北移的结果,它使青藏高原的地壳大幅度增厚,地势强烈抬升,莫霍面下凹,岩石圈厚度巨大,同时也使中国东部普遍遭受到近南北向挤压及其派生的近东西向伸展作用,以至使本区北北东向延伸的太行山山脉的不断隆升和相伴而生的北北东向展布的华北断陷的沉降进一步加强。这种盆岭区物质的巨大差异,是深部地质作用的结果,华北盆地巨量物质的减少和太行山脉岩石圈巨量物质的增厚是密切相关的,对此牛树银教授(1995)认为是盆岭区多层次拆离滑脱造成物质横向迁移的结果。华北断陷新生代沉积厚度达8000余米,而深部上地幔又上隆至35 km左右,岩石圈总厚度约70 km以内;相邻太行山强烈上隆,其最大隆升幅度大于10 km,岩石圈厚度达到150 km以上。问题是,华北断陷的地幔上隆和地表断陷所占据空间的原有物质(除盆地扩张抵消掉部分体积外)哪里去了?同样,太行山脉强烈隆升及地幔下凹所造成的体积亏空又由哪里来的物质补充呢?答案只有一个,只能是断陷区中下地壳物质沿平缓拆离滑脱带下部流变,以补充山脉上隆和地幔下凹所造成的亏空。造山带上部风化剥蚀的物质通过各种搬运介质迁移至断陷盆地中,从而构成盆-山间四维空间上的物质调整,使深部物质流变与浅部物质搬运达到动态平衡(牛树银等,1995)。事实上,仔细分析板块构造的运动轨迹,华北板块的深部过程和印度板块北移之间并不矛盾,现代构造应力场方向仍然受到印度板块深深楔入欧亚板块的强烈挤压应力的影响,深部的地幔热柱和周边的大地构造环境共同制约着华北板块的发生与发展。

2.1.5 欧亚板块、太平洋板块、印度板块对华北板块的制约作用与关系

区域构造演化中,构造位置和周边的大地构造环境是至关重要的,同宇宙中的所有物质一样,任何构造现象都不是孤立和静止的,都有其深刻的内在联系。板块构造认为深部的和外围的大地构造环境对于一个地区的构造演化起着重要的控制作用。对于深部构造特征前文已明确叙及,河北省的板块构造明显受到华北地幔亚热柱(二级幔柱)及其诸多三级幔柱、幔枝构造的控制,表部构造是深部构造的反映。

河北省位于华北板块内部偏东,从板块构造的相对位置来说,北部有晚古生代以后的西伯利亚板块长期对峙,南部受到新生代以来的印度板块的楔入,东部则有中生代以来的太平洋板块强烈俯冲的影响,在漫长的地质演化历程中,华北板块处于上述3大板块的“夹缝”之中(图2-1),其发生发展及演化强烈受控于上述3大板块的运动影响。古亚洲构造域、滨太平洋构造域和特提斯构造域分别反映了欧亚、太平洋和印度3大板块之间裂解、聚敛和拼合的构造演化过程。

新元古代至古生代期间,华北板块主要受到古亚洲构造域的影响,古亚洲洋壳的俯冲与华北板块边缘的裂解、拼合,使其北部依次展布着新元古代、加里东、早华力西和晚华力西4条弧形褶皱带。古生代晚期,完成华北板块与西伯利亚板块的焊接,规模巨大的欧亚板块基本形成。正是由于受到上述板块周缘环境的影响,河北板块内部构造演化表现出鲜明的构造特色。燕山地区大量的东西向脆性断裂和逆冲推覆构造,尚义—平泉断裂北部广泛发育的华力西期东西向带状花岗岩侵入体,均表明河北板内北部地区在古生代期间受到南北向挤压构造应力的强烈影响。值得指出的是,西伯利亚板块与华北板块的碰撞作用并非在古生代末结束,其构造应力的影响持续波及到中生代早期。这一点已由承德、平泉、北京西山、柳江盆地等大量印支期东西向褶皱构造所证明(宋之英,1978;宋鸿林,1984;马友谊,1989),只是构造应力的强度已明显减弱。邻省辽东地区也同样发现有印支运动早期受到南北向挤压运动的证据(董国义,1984)。

中、新生代以来,华北板块主要受控于特提斯构造域和滨太平洋构造域的影响,而尤以后者的影响最为强烈。侏罗纪起太平洋板块向欧亚板块开始俯冲下插,印度板块间歇性时断时续向北推挤,加之西伯利亚板块的砥止作用,导致滨太平洋构造域构造应力场出现多次转变,据万天丰教授(1994)的研究结果,结合本区的实际情况分几大阶段简述如下:①侏罗纪起本区构造应力场方向以北西西—南东东向的挤压运动为主,同时发生左旋压扭运动,从构造应力背景来看,太平洋板块向欧亚板块俯冲,并快速运移,形成华北板块内部大量的褶皱构造和逆冲推覆构造。下花园、北京西山、昌平等地发育的自南东向北西推覆的一系列逆冲推覆构造以及冀北地区广泛分布的中酸性火山岩和侵入岩的北东向展布,均反映了这一时期构造应力场状态。②白垩纪—古近纪早期,中国大陆东部构造显示出北西—南东向拉张为主,兼具右旋张扭的运动特点。此时,太平洋板块对欧亚板块运动速度明显减弱,南部印度板块向北推进的速度不断增大,应力持续增加,因此,中国西南方向印度板块的挤压超过了东南方向太平洋板块的挤压应力,使得中国东部此时构造应力场处于右旋张扭状态之中,伸展构造体制占据主导地位,呈现出明显的北西—南东向为主的主张应力状态。由此,形成本区一系列北东向或北北东向的上叠式断陷盆地和大量的碱性花岗岩侵入体带状分布。③古近纪中、晚期发生了构造应力场转变,而以北西西—南东东向的挤压应力为主,太平洋板块向西北方向的挤压作用又开始增加,西南方向的印度板块的运动速度出现间歇性减缓,中国东部发生北西西—南东东向的挤压应力,并诱导呈左旋压扭运动,板内裂陷作用趋于结束,逆冲断层系和褶皱构造广泛发育,平原区古近系顶板等深线长轴方向均呈北北东向,皆反映当时构造应力场状态。④新近纪以来发生了南北向的挤压和近东西向的引张交替出现的局面,印度板块不断向北推移,俯冲并深深楔入欧亚板块,造成世界屋脊——青藏高原的强烈隆升,地壳及岩石圈大幅度增厚,青藏高原成为世界现代地质构造研究的重要窗口。此时,太平洋板块对华北板块的运动速度大为减弱。

上述周边构造环境对华北板块的影响是显而易见的,但是新生代以来太行山脉的强烈隆升,伴随着华北断陷的强烈坳陷,山区莫霍面下凹,岩石圈增厚,平原莫霍面隆起,岩石圈减薄,深部调整加剧。河北省的基本构造格局和复杂的地质作用过程是周边构造环境及深部构造共同控制的结果。

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